超纯水的制备

04.08.2020
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原水预处理
原水——原水箱——原水泵—— ——石英砂过滤器
原水经过多介质过滤器的多层机械过滤，可以滤除掉原水中的泥砂、 铁锈、固体大颗粒物、胶体等杂物。
——活性炭过滤器
主要作用：除去原水中的有机物，游离氯，色素和臭味等，其主要 原理是滤料表面吸附和过滤.
——软化器
有害杂质（离子）随着扩散，烧结等工艺步骤进入半 导体内部，导致器件失效。 如：p-n结反向漏电流增大，过早击穿。 MOS中二氧化硅层内可动电荷增加 导致器件击穿电压降低，开启电压漂移。
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水的分类
按照含盐量分类：
1：淡化水：对高盐水进行脱盐处理。 2：脱盐水：相当于普通蒸馏水。
超纯水的制备
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半导体行业中的纯水
器件的水质标准
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天然水中的杂质
悬浮物，如：细菌、泥沙、粘土等
胶体，如硅酸盐、铁、铝化合物等
溶解物，如盐类：钠盐，钾盐等 气体：氧、二氧化碳、氮等
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杂质对半导体材料的影响
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反渗透系统（RO）
渗透与反渗透
渗透：渗透是水分子经半透膜（允许溶
剂分子通过，不允许溶质分子通过的膜）扩 散的现象。它由高水分子区域（即低浓 度溶液）渗入低水分子区域（即高浓度 溶液），直到细胞内外浓度平衡（等张）
为止 。 渗透压：范特霍夫公式
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选择反渗透RO膜需要考虑哪些性能指标
1：脱盐率：
RO膜的脱盐率=(1–RO膜的产水含盐量/进水含盐 量)×100%
2：产水量：指反渗透系统的产水能力，即单位时间 内透过RO膜的水量，通常用吨/小时或加仑/天来表 示。
3：回收率：指反渗透膜系统中给水转化成为产水或 透过液的百分比。依据反渗透系统中预处理的进水 水质及用水要求而定的。RO膜系统的回收率在设计 时就已经确定。
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超纯水的工艺流程
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原水——原水箱——原水泵——石英砂过 滤器——活性炭过滤器——软化器——保 安过滤器——一级高压泵——一级反渗透 装置——二级高压泵——二级反渗透装 置——RO水箱——RO水泵——EDI装 置——EDI水箱——纯水泵——抛光混床 装置——1us过滤器——紫外线杀菌装 置——0.22us过滤器——用水点
作用：降低原水的硬度，其主要原理是用阳离子交换树脂交换原水 中的钙、镁离子从而降低原水硬度。离子交换树脂使用一定时间之 后，需要再生，再生就是用钠离子将附在阳离子交换树脂上的钙镁 等离子交换出来。
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软水器再生
树脂的冲洗与再生 Ca2+、Mg2+离子被Na+离子置换出来后就存留在交换剂中，使用一段
剩余盐量1-5mg/L，电阻率<1×106Ω·cm。 3：纯水：
剩余盐量<1mg/L,电阻率>1×106Ω·cm 4：高纯水:
剩余盐量<0.1mg/L,电阻率>1×107Ω·cm
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现代集成电路对水的要求
在TOC、DO等方面要求越来越高
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由单一材料制成的非对称膜有下列不足之处： 1、致密层和支持层之间存在被压密的过渡层。 2、表皮层厚度最薄极限为100nm，很难通过减小膜厚度降低推动压力。 3、脱盐率与透水速度相互制约，因为同种材料很难兼具脱盐和支撑两者 均优。
时间后，Na+离子接近被置换完时，交换剂就会失效，不再起软化作 用了。这时就需要用食盐水对交换剂进行再生处理（还原），即再用 Na+离子把交换剂中的Ca2+、Mg2+离子置换出来并用水冲走。经再生 处理后的离子交换剂又成为Na-R型。 再生过程是： 反冲洗——翻松钠离子交换树脂，并可将离子交换层表面的泥沙、悬 浮物、杂质、破碎的树脂等冲走； 再生———盐液（浓度10%）以一定速度从下至上流过离子交换层， 或用饱和盐液浸泡离子交换树脂； 正Mg冲C洗l2，—需—进为行了正清洗除，残直存到的出还水原无剂咸和味再时生停还止原冲时洗的。生成物CaCl2、 补水———再生吸盐以后自动将水补入盐箱以备下次再生。
对稀溶液来说，渗透压与溶液的浓度 和温度成正比，它的比例常数就是气体 状态方程式中的常数R。用方程式表示 如下： πV=nRT 或π=cviRT π为数稀，溶c为液溶的质渗的透摩压尔，浓vi为度溶，质R生为成气的体离常子数， n为溶质的物质的量，T为绝对温度
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反渗透：
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影响反渗透膜性能的因素
1：回收率 2：温度 3：压力 4：压密 5：浓差极化
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反渗透膜的材料
醋酸纤维素：又称乙酰纤维素或纤维素醋酸酯。常以含纤 维素的棉花、木材等为原料，经过酯化和水解反应制成醋 酸纤维素，再加工成反渗透膜。
聚酰胺：包括脂肪族聚酰胺和芳香族聚酰胺两大类。20世 纪70年代应用的主要是脂肪族聚酰胺，如尼龙—4、尼 龙—6和尼龙—66膜；目前使用最多的是芳香族聚酰胺膜。 膜材料为芳香族聚酰胺、芳香族聚酰胺—酰肼以及一些含 氮芳香聚合物。
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复合膜
复合膜的特征是主要由以上两种材料制成，它是以很薄的致密层和多孔支 撑层复合而成。多孔支撑层又称基膜，起增强机械强度的作用；致密层也 称表皮层，起脱盐作用，故又称脱盐层。脱盐层厚度一般为50nm，最薄 的为30nm。
高于溶液渗透压的作用下，依据其他物质不能透过半透膜 而将 这些物质和水分离开来。
例如：用反渗透处理海水，在膜的低压侧得到淡水，在高压侧 得到卤水。
RO反渗透膜是实现反渗透的核心元件，是一种模拟生物半透膜 制成的具有一定特性的人工半透膜。一般用高分子材料制成。 如醋酸纤维素膜、芳香族聚酰肼膜、芳香族聚酰胺膜。表面微 孔的直径一般在0.5～10nm之间，透过性的大小与膜本身的化 学结构有关。有的高分子材料对盐的排斥性好，而水的透过速 度并不好。有的高分子材料化学结构具有较多亲水基团，因而 水的透过速度相对较快。因此一种满意的反渗透膜应具有适当 的渗透量或脱盐率。